地下管线是城市基础设施的重要组成部分。城市地下管线包括给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业管道等几大类，它就像人体内的“神经”和“血管”，日夜担负着传递信息和输送能量的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市的“生命线”；同时，在进行城市规划、设计、施工和管理工作中，如果没有完整准确的地下管线信息，就会变成“瞎子”，到处碰壁，寸步难行，甚至造成重大损失，即地下管线的图纸、资料又是城市规划建设的重要基础信息。良好的基础设施和完善的城市功能所形成的良好的投资环境，是加快经济发展，加速现代化进程的保障。城市发展越来越快，负载也越来越重，对地下管线的依赖性也越来越大。但是，由于历史和现实的各种原因，我国城市地下管线管理滞后于城市的发展和国际同行业水平，其混乱无序的状况，已成为我国城市建设和国民经济发展的瓶颈之一。 

    随着社会经济的发展和人口的城市化，城市灾害的危害日益突出，尤其是迅速膨胀发展的大城市和特大城市，城市的自然灾害、环境灾害和人为灾害都十分严重。一个现代化城市的可持续发展，必须是具有安全保障、特别是面对突发事件和灾害，能够做出快速的正确决策和有效的救援响应。所以，我们要从城市发展战略高度来认识地下管线在城市规划、建设和管理中的作用与地位，掌握和摸清城市地下管线的现状，是城市自身经济社会发展的需要，是城市规划建设的需要，是防灾和应付突发性重大事故的需要。对维护城市“生命线”的正常运行、保证城市人民的正常生产、生活和社会发展都具有重大的现实意义和深远的历史意义。正如六十年代周总理指出的“搞好地下管网建设对现代化城市建设具有重要意义”。七十年代万里同志指出“搞好城市地下管网建设是为子孙后代造福的大事，是具有深远的战略意义”

管线探测评估技术

一、概述

管道作为输送工具在国民经济的发展中已日益显示出它的重要性，为延长管道的使用寿命并安全运行，必须对管道进行防腐处理，如紧密包裹防腐层、对管道进行阴极保护----外加电流阴极保护或牺牲阳极阴极保护。但很多管线从投产到以后的日常运行中经常使防腐层、保温层处于有破损的状态下，致使很多阴极保护站不能正常运行、牺牲阳极迅速失效、热量大量损失，从而大大缩短了管道的使用寿命，增加了能耗，并带来了很多的安全隐患。为了解决上述问题，我公司引进开发了管道现状及防腐状况的新方法----多频管中电流法，并开发出GDFFW计算机处理软件，使检测结果高效、直观、准确地用曲线表示出来。

二、检测特点

（1）在不开挖的情况下检测，不但能准确确定埋地管道的位置、埋深、走向、拐弯，而且能准确地检查出防腐、保温层破损点的位置。

（2）分段计算防腐、保温层的绝缘，从而可以评价防腐层的老化状况，即使对有支管或构成网状的管线也能进行有效检测。

（3）两种方法（电流梯度法和地面电场法）相互印证，既提高了防腐保温层的检测效率，又保证了检测的准确性。

（4）管线定位、测深与防腐层检测由同一仪器、同时进行，可提供管线状况的全部资料。

三、保温层检测系统的用途

（1）对新完工回土的管道进行竣工验收，可以确保管道建设从一开始即处于良好的状态，并在科学的监测之下；

（2）对重要管道进行常规性的定期监测，可以发现破损点出现的位置与频度，并推算出防腐保温层老化的速度。

（3）在对旧管线进行维修更新之前，如果用本技术对管道进行防腐检测，并根据检测结果进行检修工程设计，可以大大减少工程费用。

（4）在建立阴极保护站后，对所保护的管道进行防腐层状况检测并及时修复出现异常的管段，可以保证阴极保护电流的正常分布。防止出现欠保护或过保护电流引起防腐层剥离现象。对不能正常运行的保护站，通过本系统的检测和分析，也能找到故障的症结所在。

该技术自96年开始应用以来，短短的几年就在油田系统、石化企业、城市公共工程等领域得到了广泛的应用，也得到了用户的广泛认可。

城市地下管线的探测

城市地下管线探测按探测任务可分为市政共用管探测、厂区或住宅小区管线探测、施工场地管线探测和专用管线探测四类。本节仅介绍与非开挖地下管线施工有关的施工场地管线探测。非开挖地下管线施工场地管线探测是在非开控施工前进行的。其主要任务是查明施工场地有无已铺设的地下管线(包括给排水、燃气、热力、工业等各种管道以及电力和电信电缆)，如有，则查明地下管线的平面位置、走向、埋深(或高程)、规格、性质、材质等，并编绘地下管线图；除此以外，还应查明每条管线的铺设年代和产权单位，其目的是为了保护已有地下管线，防止施工时造成对管线的破坏。因此，其探测范围应包括整个施工区域和可能受施工影响威胁地下管线安全的区域。

一、施工场地管线探测的一般性要求

1．地下管线探测的基本程序和要求

    地下管线探测工作宜遵循下列基本程序：接受任务、搜集资料、现场踏勘、方法试验、编制技术设计、实地调查、仪器探查、建立测量控制、管线点连测、地下管线图编绘、报告书编写和成果验收。探测单一管线或工作量较少时，上述工作程序可以简化。

    地下管线现场探测前，必须全面搜集和整理测区范围内已有的地下管线资料和有关测绘资料，宜包括下列内容：①已有的各种地下管线图；②各种管线的设计图、施工图、竣工图及技术说明资料；③相应比例尺的地形图；④测区及其邻近测量控制点的坐标和高程。现场踏勘的主要任务是：①核查搜集的资料，评价资料的可信度和可利用程度；②察看工区的地面建筑、地貌、交通和地下管线分布出露情况、地球物理条件及各种可能的干扰因素；③核查测区内测量控制点的位置。

    施工场地管线图探测基本地形图的比例尺一般为l：200～l：1000 .

2．地下管线探测精度要求 

    施工场地地下管线探测可采用本地的建筑坐标系统，但应与当地城市坐标系统建立换算关系。城市地下管线探测的精度应符合以下规定：

(1)隐蔽勘探点的探查精度分为三个等级，如表1—2，表中限差值按两倍中误差计。

注：(1)h为地下管线的中心埋深，以cm计。

(2)当h小于等于70cm时，埋深限差用h=70cm代人计算。

(3)如果对探查精度有特殊要求，可根据工程需要确定。

(2)测量管线点(管线点是为了探查和测绘地下管线而设置的测点)的解析坐标中误差(指测点相对于邻近解析控制点)不得超过±5cm；高程中误差(指测点相对于邻近高程控制点)不得超过±2cm。

(3)探测管线点的解析坐标中误差(指实际管线点相对于邻近解析控制点)不得超过表1—3中的规定；高程中误差(指实际管线高程点相对于邻近高程控制点)不得超过0．5。

(4)地下管线图上测量点位中误差不得超过±0．5mm；地下管线图上探测点位中误差不得超过±(O．5+0625／M)m,，式中M为测图比例尺的分母。

3．地下管线探测的取舍标准

    地下管线探测的取舍标准应根据各城市的具体情况、管线的疏密程度和委托方的要求确

定。市政共用管线探测宜按表l一4取舍。

二、施工场地管线的探查

    探查的任务是在现场查清各种地下管线的铺设情况、在地面上的投影位置及深度，并在地面设置管线点标志，以便测量管线点的坐标和高程，或进行地下管线图的测绘。地下管线测量工作的任务是建立测量控制，进行管线点连测，测得管线的坐标和高程，或进行地下管线图的测绘。因此，探查和测绘是地下管线探测的两个相互紧密衔接的不同阶段，在实施时可以分工，紧密配合。

(一)管线点的设置

    管线点分为明显管线点和隐蔽管线点。明显管线点是指能用简单技术手段直接定位和量取有关数据的地下管线或其附属设施上所设置的测点，如窨井、消火栓、人孔及其他地下管线出露点，明显管线点可以通过实地调查和量测即可。隐蔽管线点必须用仪器进行探查并对管线进行定位和定深。

1．管线点设置的基本要求

(1)管线点宜设置在管线的特征点(包括交叉点、分叉点、转折点、起止点以及管线上的附属设施中心点等)或其地面投影位置上。

(2)在没有特征点的管线线段上，探测施工场地各类管线时，宜每5～10m设一个管线点。

(3)管线点的编号和标志，宜采用管线代号、管线编号和管线点顺序号三部分组成的符号表示。例如，Js2一14表示给水管道，第2号管道，第14号管线点。各类管线代号见表1—5。

2．地面管线点标志的设置要求

(1)管线点均应设置地面标志。应根据标志需要保留的时间长短和地面的实际情况确定选择地面标志(预制水泥桩、刻石i木桩、铁钉、油漆等)。

(2)标志面宜与地面取平，当高于或低于地面时，应测量其高出或低于地面的数值，并在探查记录表中注记。

(3)标志埋置后应在点位附近用颜色漆注出编号，标注位置宜选择在明显且能较长时间保留的地方。

(4)当管线点的实地位置不易寻找时，应在探查记录表中注记其与附近固定地物之间的距离和方位，实地栓点，并绘制位置示意图。

(二)实地调查

    实地调查的任务是在明显管线点上对所出露的地下管线及其附属设施作详细调查、记录和测量，查清每一条管线的情况，填写管线调查表。明显管线点实地调查的要求如下：

(1)宜邀请熟知本地区地下管线的人员参加。

(2)应查明管线性质和类型，其中燃气和工业管道应分出压力大小类别，电力电缆应分出低压、高压或超高压。

(3)地下管线的埋深用m表示，测量误差不得超过±5cm地下管线的埋深可分为内底埋深、外顶埋深和外底埋深(如图1—3)。

测量何种埋深应根据地下管线的性质和委托方的要求确定：①地下沟道或自流的地下管道应量测其内底埋深，有压力的地下管道应测量其外顶埋深；②直埋电缆和管块应测量其外顶埋深，管沟应测量其内底埋深；③地下隧道或顶管工程施工场地的地下管线探测应测量外底深度。

(4)在窨井(检查井、闸门井、仪表井、人孔和手孔等)上设置明显管线点，管线的位置应设在井盖的中心。当地下管线的中心的地面投影偏离管线点0．2m以上时，要测量偏距及其方位。偏距单位用m表示。

(5)应测量地下管道及埋设电缆的管沟的断面尺寸。圆形断面应测量其内径；矩型断面应测量其内壁的宽和高，单位用mm表示。

(6)应查明地下管道的材质。

(7)应查明埋设于地下管沟或管块中的电缆的根数和孔数。

(8)应查明管线点上地下管线的各种建、构筑物、附属设施或管件。

(9)工区内缺乏明显管线点或在已有明显管线点上尚不能查明实地调查中所必须查明的项目时，应开挖地下管线进行实地调查和量测。

(三)隐蔽地下管线探查的物探方法

    目前，隐蔽地下管线的探查方法主要有物探法和全球卫星定位系统(GPS)。GPS是一种精确确定管线位置的重要技术，已在一定范围内得到应用，该方法能准确地确定标志的经度、纬度和高度数据，精度可达到1in(1in=2．54cm)以下。

    地下管线探查的物探方法较多，应根据任务要求、探查对象、当地地球物理条件和实际情况，并通过试验来进行选择。物探方法探查韵准确性、精度决定于管线及其周围土或其他介质的特性。采用物探方法探查地下管线必须具备的条件：①被探查的地下管线与其周围土或其他介质之间有明显的物性差异；②被探查的地下管线所产生的异常场有足够的强度，能从干扰背景中清楚地分辨出其异常；③探查精度要求在表1—2的范围之内。在探杏地下人防巷道时宜采用电磁波法，也可采用浅层地震勘探法、面波法或电阻率法，当操作人员能进入巷道时，宜采用示踪电磁法。电磁感应法探查钢筋混凝土地坪下的管线时，接收机应离地面一定高度，以克服钢筋网的干扰。对于金属和非金属地下管线的探查一般有多种方法可供选择。表1—6列出了探查地下管线物探方法的种类。

1.物探探查法应遵循的原则

(1)从已知到未知。

(2)从简单到复杂。

(3)对于某工地区如果有多种物探方法可供选择，则应选择效果好、轻便、快速、安全和成本低的方法。

(4)在管线分布复杂的工区，为了提高对管线的分辨率，经常需采用综合物探方法。

2．金属管道和电缆的探查方法选择

    金属管道和电缆的探查方法应根据管线的类型、材质、管径、埋深、出露情况、接地条件及干扰等进行选择。

(1)金属管道宜采用电磁感应法。当存在相邻管线干扰，并有出露点时，宜采用直接法。

(2)接头为高电阻体的金属管道，宜采用频率较高的电磁感应法或夹钳法。

(3)管径(相对埋深)较大的金属管道，宜采用电磁感应法，也可采用磁法、电磁波法或地震波法。

(4)相对埋深(相对管径)较大的金属管道，宜采用功率(或磁矩)大、频率低的电磁感应法。

(5)电力电缆宜采用被动源，辅以主动源。当电缆有出露时，宜采用夹钳法。

(6)电信电缆和照明电缆宜采用主动源电磁法，有条件时可施加断续发射信号。

3．非金属管道的探查方法选择

    非金属管道的探查是一个技术难题，目前我国一些单位采用电磁波法(即地质雷达)获得了成功，这种方法对于金属和非金属管道都是有效的，但仪器价格较昂贵。

(1)有出入口的非金属管道宜采用示踪电磁法(详细技术见第三章)。

(2)对于钢筋混凝土管道可采用电磁感应法，当其埋深不太大时，也可采用磁偶极感应法。

(3)管径较大的非金属管道，并具备接地条件时，可采用直流电阻率法。

(4)热力管道或高温输道宜采用主动源电磁法或红外辐射法。

4．物探法探查仪器的技术要求

    不同的物探方法都有与其相适应的专用仪器，它们一般都是根据电磁感应原理设计制造的。专用地下管线仪应满足以下技术要求：

(1)适应性好的专用地下管线仪应有功能多、工作频率合适、平面定位精度高、确定地下管线埋深的精度高、探测深度和测距大、能在恶劣环境下工作和良好的显示性能等方面的特点。

(2)非磁性感应类专用地下管线仪(如地质雷达、浅层地震仪、磁力仪、红外热辐射仪等)应符合相应物探技术标准的要求。

(3)新的地下管线仪经过大修或长期停用后，在投入正式探查前必须按说明书的要求对仪器作安全全面检查和校正。每天开工前和收工时应检查仪器的电池电压，不符合要求时应及时更换。

(4)仪器使用、运输和保管过程中，应注意防水、防潮、防爆晒、防剧烈震动。

地下管线探查的任务及其在地下管线普查中的作用

(一) 地下管线探测

    在今年6月3日刚批准的行业标准《城市地下管线探测技术规程》CJJ61-2003的2.0.1条中规定：确定地下管线属性、空间位置的全过程 ，统称为地下管线探测。地下管线探测包括地下管线探查和地下管线测绘两个基本内容。地下管线探查是通过现场调查和不同的探测方法探寻各种管线的埋设位置和深度，并在地面设立测点—管线点。地下管线测绘是对已查明的地下管线位置即管线点的平面位置和高程进行测量，并编绘地下管线图。

(二) 探查的任务

    “规程”4.1.1条中规定：地下管线探查应在现场查明各种地下管线的敷设状况 ，即管线在地面上的投影位置和埋深 ，同时应查明管线类别 、材质 、规格 、载体特征、电缆根数、孔数及附属设施等 ，绘制探查草图并在地面上设置管线点标志。

(三) 探查在地下管线普查中的作用

    “规程”2.0.2条中规定：按城市规划建设管理要求 ，采取经济合理的方法查明城市建成区或城市规划发展区内的地下管线现状 ，获取准确的管线有关数据 ，编绘管线图 、建立数据库和信息管理系统，实施管线信息资料计算机动态管理的过程，称为地下管线普查。由此可见地下管线普查包括地下管线探查、地下管线测绘和地理信息管理系统三部分。探查、测绘、信息管理系统是管线普查的三个组成部分；也是三个相互紧密衔接的不同阶段。探查为第一阶段，通过探查要获取隐埋管线在地面的投影位置和埋深，及其他属性数据，为管线测绘提供管线点及管线探查草图，是为确定地下管线属性、空间位置提供第一手资料；探查结果的准确性，是决定地下管线普查工作质量的关键。因此探查工作质量对管线普查成果起决定性作用，负责探查工作的同志必须具有高度责任心，认认真真，踏踏实实地完成探查工作，取得准确可靠的第一手资料，确保下阶段的测绘、信息管理系统工作建立在可靠的数据基础上，不做无用功。

电磁法探查地下管线

(一)采用物探方法探查地下管线应具备的条件

“规程”4.3.1条中规定：探查隐蔽地下管线的物探方法应具备以下条件：

1、被探查的地下管线与其周围介质之间有明显的物性差异；

2、被探查的地下管线所产生的异常场有足够的强度 ，能从干扰背景中清楚地分辨出来；

3、探查精度达到本规程第3.0.12条第1款的规定。

(二)探查地下管线应遵循的原则

    规程4.1.4条规定地下管线探查应在充分搜集和分析已有资料的基础上，采用实地调查与仪器探查相结合的方法进行。

规程4.3.2条中规定探查地下管线应遵循以下原则：

1、从已知到未知

    不论采用何种物探方法，都应在正式投入使用之前，在区内已知地下管线敷设情况的地方进行方法试验，评价其方法的有效性和精度，然后再推广到未知区开展探查工作。

2、由简单到复杂

    在一个地区开展探查工作时，应首先选择管线少、干扰小、条件比较简单的区域开展工作，然后逐步推进到条件相对复杂的地区。

3、方法有效、快捷、轻便

    如果有多种方法可选择来探查本地区管线时，应首先选择效果好、轻便、快捷、安全和成本低的方法。

4、相对复杂条件下，根据复杂程度宜采用相应综合方法

    在管线分布相对复杂的地区，用单一的方法技术往往不能或难以辨别管线的敷设情况，这时应根据相对复杂程度采用适当的综合物探方法，以提高对管线的分辨率和探测结果的可靠程度。

(三)探查地下管线的物探方法分类

    地下管线探查工作实质上就是利用各种地下管线本身所具有的与其周围介质不同的物理特性及其与周围环境特征的关系来查找埋设在地下的各种管线的空间状态(位置、埋深、走向)，利用地下管线的不同物理特性，实现对地下管线的探查，就形成了不同的探查方法，从原理上讲，电磁法(含电磁波法)、直流电法(高密度)、磁法、地震波法(面波)、红外辐射法等物探方法，均可用于探查地下管线，详见附录C。

   “规程”4.3.3条中规定：地下管线探查的物探方法应根据任务要求 、探查对象和地球物理条件 ，可按本规程附录C选用。目前国内外用于地下管线探查的物探方法主要为电磁法。通过近几年大量的工程实践，证明电磁法在地下管线探查中应用最广泛，效果较好，速度快、成本低，是一种比较经济实惠的方法。本次课程内容将以电磁法为主进行重点讨论。 

图1 电磁法工作原理示意图

 (一) 仪器设备

1、基本原理

    由电磁法探查地下管线的工作原理可知，只要探测到地下管线在地面产生的电磁异常，便可得知地下管线的存在。要作好这一工作，探查人员除了要掌握一整套探查技术外，还必须要有合适的工具----管线探测仪，它就像战士打仗必须要有，外科医生手术时必须要有手术刀一样。目前市场上销售的各种型号管线仪，其结构设计、性能、操作、外形等虽各不相同但工作原理相同，均是以电磁场理论为依据，电磁感应定律为理论基础设计而成，它们都是由发射机与接收机组成的发收系统。

(1)发射机

    发射机是由发射线圈及一套电子线路组成。其作用是向管线加一特殊频率的信号电流。电流施加可采用感应、直接、夹钳等方式。其中感应方式应用最广泛，见图2。

图2 感应发射示意图

根据电磁感应原理，在一个交变电磁场周围空间存在交变磁场，在交变磁场内如果有一导体穿过，就会在导体内部产生感应电动势；如果导体能够形成回路，导体内便有电流产生(见图1)，这一交变电流的大小与发射机内磁偶极所产生的交变磁场(一次场)的强度、导体周围介质的电性、导体的电阻率、导体与一次场源的距离有关。一次场越强。导体电阻率越小；导体与一次场源距离越近，则导体中的电流就越大，反之则越小。对一台具有某一功率的仪器来说，其一次场的强度是相对不变的，管线中产生的感应电流的大小主要取决于管线的导电性及场源(发射线圈)至管线的距离，其次还决定于周围介质的阻抗和管线仪的工作频率。

    根据发射线圈面与地面之间所呈的状态，发射方式可分为水平发射和垂直发射两种：

1) 水平发射

    发射机直立，发射线圈面与地面呈垂直状态进行水平发射。当发射线圈位于管线正上方时，它与地下管线耦合最强。有极大值。管线被感应产生圆柱状交变磁场(见图3)

                     图3 水平发射示意图                  图4 垂直发射示意图

2)垂直发射

    发射机平卧(见图4)，发射线圈面与地面呈水平状态进行垂直发射。当发射线圈位于管线正上方时，它与地下管线不耦合，即不激发。当发射线圈位于离管线正上方h(埋深)距离时，它与地下管线耦合好，出现极值(见图5)。

                         图5 不同发射状态耦合系数M曲线示意图

(2)接收机

    接收机是由接收线圈及一套相应的电子线路和信号指示器组成(见图6)。其作用是在管线上方探测发射机施加到管线上的特定频率的电流信号----电磁异常。

                     图6 接收机测量原理框图 

管线仪接收机从结构上可分为：单线圈结构、双线圈结构及多线圈组合结构(见图7)。单线圈结构又可分为单水平线圈及单垂直线圈。

            图7 接收机线圈组合示意图

1)单垂直线圈接收机

    该接收机线圈主要接收管线所产生的磁场水平分量(见图8)。当线圈面与管线垂直并位于管线正上方时，仪器的响应信号最大，这不仅是因为线圈离管线近，线圈所在位置磁场强，还因为此时磁场方向与线圈平面垂直，通过线圈的磁通量最大[见图8中(2)]。当线圈位于管线正上方两侧时，仪器的响应信号会随着线圈远离管线而逐渐变小，这不仅是因为离管线远，线圈所在位置磁场变弱，还因为此时磁场方向与线圈平面不再垂直，使通过线圈的磁通量变小[见图8中(1)、(3)]。

        图8 单垂直线圈接收示意图 

2)单水平线圈接收机

    该接收机线圈主要接收管线所产生的磁场垂直分量(见图9)。当线圈面与管线平行并位于管线正上方时，仪器的响应信号最小，这主要是因为磁场方向与线圈平面平行，通过线圈的磁通量最小。见图9中(2)。当线圈位于管线正上方两侧位置时，仪器的响应信号会随着远离管线而逐渐增大，这是因为随着线圈远离管线，磁场方向与线圈平面不再平行，而成一定的角度，磁场垂直线圈平面的分量逐渐增大，从而使通过线圈的磁通量逐渐变大，同时随线圈远离磁场强度逐渐变弱，当这一因素成为影响通过线圈磁通量的主要因素时，仪器的响应信号就又会逐渐变小，见图9中(1)、(3)位置附近。

           图9 单水平线圈接收示意图                图10 双线圈结构示意图

3)双线圈结构接收机

    该接收机内有上下两个互相平行的垂直线圈，通过测定上下两线圈的感应电动势ε1、ε2(见图10)，再运用深度计算公式

(式中各符号见图10)

完成计算，获得深度值，通过显示器用数字或表头指示出来。

2、 管线仪应具备的性能

“规程”4.4.2条明确规定：管线仪应具备以下性能：

(1) 对被探测的地下管线 ，能获得明显的异常信号；

(2) 有较强的抗干扰能力 ，能区分管线产生的信号或干扰信号；

(3) 满足本规程第3.0.12条第1款所规定的精度要求 ，并对相邻管线有较强的分辨能力；

(4) 有足够大的发射功率(或磁矩) ，能满足探查深度的要求；

(5) 有多种发射频率可供选择 ，以满足不同探查条件的要求；

(6) 能观测多个异常参数；

(7) 性能稳定，重复性好；

(8) 结构坚固 ，密封良好 ，能在-10℃至+45℃的气温条件下和潮湿的环境中正常工作；

(9) 仪器轻便，有良好的显示功能 ，操作简便。

3、 管线仪性能检查方法

(1) 接收机自检

    具有自检功能的接收机，打开接收机，启动自检功能，若仪器通过自检，说明仪器电路无故障，功能正常。

(2) 最小、最大、最佳收发距检测

    管线仪的最小、最大、最佳收发距常可影响探测工作的效率和效果，每台管线仪的使用者必须对其有所了解，具体检测方法如下：

1) 最小收发距

    在无地下管线及其他电磁干扰区域内，固定发射机位置，并将其功率调至最小工作状态，接收机沿发射机一定走向(由近至远)观测发射机一次场的影响范围，当接收机移至某一距离后开始不受发射场源影响时，该发射机与接收机之间的距离即为最小收发距。

2) 最大收发距

    将发射机置于无干扰的已知单根管线上，并将功率调至最大，接收机沿管线走向向远处追踪管线异常，当管线异常减小至无法分辨时，发射机与接收机之间的距离即为最大收发距。

3) 最佳收发距

    将发射机置于无干扰的已知单根管线上，接收机沿管线走向不同距离进行剖面观测，以管线异常幅度最大、宽度最窄的剖面至发射机之间的距离即为最佳收发距，不同发射功率及不同工作频率的最佳收发距亦不相同，需分别进行测试。

(3) 重复性及精度检查

1) 重复性

    在不同时间内用同一台仪器对同一管线点的位置及深度值进行重复观测，视其各次观测值差异来判定该仪器的重复性。

2) 精度

    在已知管线区对某条管线采用不同的方法进行定位、测深，将现场观测值与已知值进行比较，其差值越小，精度就越高，在未知区，可通过开挖验证来确定探查精度。

(4) 稳定性检查

    在无管线区将发射分别置于不同的功率档，固定频率，用接收机在同一测点反复观测每一功率档的一次场变化，以确定信号的稳定性。改变频率，用同样的方法，确定接收机各频率的稳定性。

4、 常用管线仪性能参数

    近些年来随着我国经济、科技、城市建设的飞速发展，由于城市地下管线探测工作需要，国内已有不少科研单位、院校和厂家，先后研制成功并批量生产各类型号管线探测仪，如上海微波技术研究所生产的GXD型、中国地质大学生产的GX型、中兵勘察设计研究院生产的BK型、北京世超公司生产的PGD型等，均先后被一些管线探测单位用于管线探测工程中。随着我国地下管线探测工作的开展，美国、英国、德国、日本、瑞典、原苏联等国产的管线仪亦先后进入我国，在我国管线仪市场上，销售较多的为英国、美国及德国产的各种型号的管线仪。无论是国产的，还是进口的各种管线仪，尽管其型号及生产单位(国)不同，其原理均相同，只是采用的线路、结构、材质、技术不同而制造成，由于时间及篇幅所限，在此就不一一介绍各种型号管线仪的性能参数，需要时可查阅有关资料，在此仅对雷迪公司近期推出的最新一代管线探测仪----RD4000作简单介绍。

RD4000是世界上第一款具有互联网接入功能的地下管线探测仪。通过互联网，可以实现在线注册、远程故障诊断、设备配置、频率下载、简单快速地实现性能升级。它具有输出功率大(10W)、可选的工作频率多(达16种)。测量参数多(Hx、△Hx、Hz、I、h等)、深度和电流数据可存于外接数据记录器里、使用方便(四键操作界面自动被衬光)等特点。详细情况请向雷迪公司索取有关资料或咨询。

    “规程”4.4.1条规定：选用何种探查仪器应与采用的方法技术相适应 。探查金属地下管线宜选用电磁感应类管线探查仪器即管线仪。

5、地质雷达

    管线仪是地下管线探查中应用非常广泛的仪器，它成本低、速度快、轻便灵活，可算是地下管线探查不可缺少的仪器，但它不是唯一的，当被探查的地下管线为非金属高阻体构成时，管线仪将失去对这类地下管线的探查能力，必须求助于其他方法。地质雷达是利用超高频电磁波探测地下介质分布的一种物探仪器。它可探测地下的金属和非金属目标。目前应用的地质雷达大多使用脉冲调幅电磁波，发射、接收装置采用半波偶极天线，雷达脉冲波的中心频率为数十至数百兆赫甚至千兆赫。宽频带高频短脉冲电磁波通过发射天线T(图11)向地下发射，由于地下不同的介质往往具有不同的物理特性(介电性、导电性、导磁性差异)，对电磁波具有不同的波阻抗，进入地下的电磁波在穿过地下各地层或某一目标体时，由于界面两侧的波阻抗不同，电磁波在介质的界面上会发生反射和折射，反射回地面的电磁波脉冲，其传播路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性及几何形态而变化(图12)，因此，从接收到的雷达反射回波走时、幅度及波形资料，可推断地下介质的结构。置于地面的高灵敏度雷达接收天线R(图11)所接收到的电磁波反射脉冲波行程走时t为

                                   图11 雷达发射探测示图

当已知地下介质的波速V时，可以根据测得的精确t值(一般为ns级)计算出发射体的深度Z。V值可以用现场钻孔资料标定、宽角方式直接测定、理式估算等方式获得。地质雷达发射天线与接收天线的距离X通常很小，甚至合二为一。当地层倾角不大时，反射波的路径几乎与地面垂直。因此，雷达探测剖面各测点上反射波走时的变化就反映了地下地层的构造形态(图12)

图12 工作原理示意图

    目前我国许多勘测单位都购置了地质雷达，大部分均为进口的，主要有加拿大EKKO系列、美国产SIR系列及MK系列，瑞典产的RAMAC系统、日本产的GEORADAR系列等。国内也有许多单位在研制，与管线仪一样各种不同型号的雷达，尽管其结构、性能、操作、数据处理等各不相同，但其制作原理均相同。各用户根据自己要求购置。国内从60年代中期开始陆续有许多研究机构、大学、专业厂家研制地质雷达。由于各种因素，到目前为止，还没有一台深受用户欢迎的品牌产品。

    雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。图像左侧纵坐标为电磁波的双程走时，右侧为根据地下介质中地电磁波速(V)计算出的深度(Z)，波形的正负峰分别以黑白色表示，或者以灰阶或彩色表示，这样同相轴或等灰线、等色线即可形象地表征出地下反射面或目的体。图13为山东岩土工程勘察公司在广州中山大学大门口对面停车场测得的雷达探测剖面图像，图像中基本无地下不均匀体干扰反射波，除了近于水平的地层反射波组外，只有一个很明显的孤立双曲线反射波组，反射波振幅强，双曲线两叶长，双曲线形反射波组的顶点位于2.8m深度，反映了地下金属管道顶部埋深。图14为上海同济大学用雷达探寻非金属管线时，探寻到的混凝土管的地质雷达图像。

(三)探查方法

    由规程附录C中可见电磁法又可细分成许多方法，根据场源性质可分成被动源和主动源法。主动源法中又可分为直接法、夹钳法、感应法、示踪法和电磁波(地质雷达)法。(参考)探查人员可根据“规程”4.3.3条中地下管线探查的物探方法应根据任务要求 、探查对象(管线类型、材质、管径、埋深、出露)和地球物理条件(物性差、干扰、环境)等情况按规程附录C选用。

1、场源

(1)被动源

    带电的动力电缆，由于它本身在传输50Hz交流电，在地表可直接探测到这种50Hz工频场的分布规律(图15)；甚低频(VLF)电台发射的电磁波如日本17.4KC台，澳大利亚22.3KC台，国内导航台等对埋于地下的导电或导磁体均会被极化而产生二次感应场(图16)，这种二次场与一次场合成会引起一次场畸变。当地下有金属管道存在时，亦会引起这种畸变。因此无需发射供电，就可在地表直接接收探测电磁场的空间变化规律，再根据这种变化规律来确定地下金属管道的位置。

被动源法不需要发射装置，既可节省人力、物力，又可提高探测速度，因此它是一种经济、快速而简便的方法，但它只能探测传输50Hz的动力电缆和能够被甚低频台场源极化而产生足够强度二次场的地下管线位置。当有多条此类管线存在时，有时很难加以区分，还必须配合主动场源来精确定位，故被动场源一般用的较少。

        图15 工频法原理示意图                   图16 甚低频法原理示意图

(2) 主动源

    主动源是指可受人工控制的场源，探查工作人员可通过发射机向被探测的管线发射足够强的某一频率的交变电磁场(一次场)，使被探管线受激发而产生感应电流，此时在被探管线周围产生二次场。根据给地下管线施加交变电磁场的方式不同，又可分为直接法(图17)、夹钳法(图18)、感应法(图3)、示踪法(图19)、电磁波(地质雷达)法(图11、12)。

    图17 直接法示意图          图18 夹钳法示意图           图19 示踪法示意图

2、接收探测

    无论采用直接法或感应法来传递发射机的交变电磁场，均会使地下金属管线被激发产生交变的电磁场，这磁场可被高灵敏的接收机所接收，根据接收机所测得的电磁场分量变化特点，对被探查的地下管线进行定位、定深。

(1)定位方法

    规程4.3.用管线仪定位时，可采用极大值法或极小值法。极大值法，即用管线仪两垂直线圈测定水平分量之差△Hx的极大值位置定位；当管线仪不能观测△Hx时，宜采用水平分量Hx极大值位置定位。极小值法，即采用水平线圈测定垂直分量Hz的极小值位置定位。两种方法宜综合应用，对比分析，确定管线平面位置。

1)极大值法

    当接收机的接收线圈平面与地面呈垂直状态时，线圈在管线上方沿垂直管线方向平行移动，接收机表头会发生偏转，当线圈处于管线正上方时，接收机测得之电磁场水平分量(Hx)或接收机上、下两垂直线圈水平分量之差(△Hx)最大，见图20

图20 电磁法管线定位示意图

 (a)△Hx极大值法 (b)Hx极大值法 (c)极小值法

2)极小值法

    当接收机的接收线圈平面与地面呈平行状态时， 线圈在管线上方沿垂直管线方向平行移动时，接收机电表同样会发生偏转，当线圈位于管线正上方时，电表指针偏转最小(理想值为零)。见图20，因此可根据接收机中Hz最小读数点位来确定被探查的地下管线在地面的投影位置。Hz异常易受来自地面或附近管线电磁场干扰，故用极小值法定位时应与其他方法配合使用，当被探管线附近没有干扰时，用此法定位还是比较准的。

(2)定深方法

“规程”4.3.9条规定：用管线仪定深的方法较多，主要有特征点法(△Hx百分比法，Hx特征点法)、直读法及45°法，见图21，探查过程中宜多方法综合应用，同时针对不同情况先进行方法试验，选择合适的定深方法。

(a)△Hx70%法        (b)Hx80％、50％法        (c) 45°法

1)特征点法

利用垂直管线走向的剖面，测得的管线异常曲线峰值两侧某一百分比值处两点之间的距离与管线埋深之间的关系，来确定地下管线埋深的方法称其为特征点法。不同型号的仪器，不同的地区，可选用不同的特征点法。

    A. △Hx70%法：△Hx百分比与管线埋深具有一定的对应关系，利用管线△Hx异常曲线上某一百分比处两点之间的距离与管线埋深之间的关系即可得出管线的埋深。有的仪器由于电路处理，使之实测异常曲线与理论异常曲线有一定差别，可采用固定△Hx百分比法[如图(a)的70%法]定深。

    B. Hx特征点法：

(a) 80%法：管线Hx异常曲线在峰值两侧80%极大值处两点之间的距离即为管线的埋深[见图(b)]。

(b) 50%法(半极值法)：管线Hx异常曲线在峰值50%极大值处两点之间的距离，为管线埋深的两倍[图(b)]。

2)直读法

有些管线仪利用上下两个线圈测量电磁场的梯度，而电磁场梯度与埋深有关，所以可以在接收机中设置按钮，用指针表头或数字式表头直接读出地下管线的埋深。这种方法简便。但由于管线周围介质的电性不同，可能影响直读埋深的数据，因此应在不同地段、不同已知管线上方，通过方法试验，确定定深修正系数，进行深度校正，定深时应保持接收天线垂直，提高定深的精确度。 

3) 45°法

    先用极小值法精确定位，然后将接收机线圈与地面成45°状态沿垂直管线方向移动，寻找“零值”点，该点与定位点之间的距离等于地下管线的中心埋深[见图21(c)]使用此法定深时，接收机中必须具备能使接收线圈与地面成45°角的扭动结构，若无此装置，不宜采用。线圈与地面成45°角及距离量测精度会直接影响埋深精度。

    除了上述定深方法外，还有许多方法。方法的选用可根据仪器类型及方法试验结果确定。不论用何种方法，均应满足本规程第3.0.12条第1款的要求。为保证定深精度，定深点的平面位置必须精确；在定深点前后各3～4倍管线中心埋深范围内应是单一的直管线，中间不应有分支或弯曲，且相邻平行管线之间不要太近。

对管道末端探测

对管道末端探测的补充认识：管线探测的基本原理是将管线电流视为“线电流”，从而在管线周围产生可由接收线圈接收的闭合环形交变磁场。在管道末端处，不存在这样的环形磁场，而是点电源产生的向该点四周发散的点源磁场。因此，在管道末端之外，仅有不闭合的球形磁场，而没有闭合环形磁场，无法用接收机线圈接收；在距离末端一定距离的管段处，存在可接收的闭合环形交变磁场；在靠近末端的管段处，存在的磁场是管道的环形磁场与管道末端点的点源磁场的叠加磁场，由于方向相反彼此互相抵消，所以此处与管道的正常场不同，接收机的水平磁场响应变弱。叠加磁场的分布范围取决于管径、管材和土壤导电性，而可接收的叠加磁场中的管线环形磁场还与埋深有关。根据以上分析，精确定位管道末端点几乎是不可能的，但可以将定位误差在0.5m以内。具体探测方法如下：首先使用双线圈水平磁场梯度接收方法（峰值法）确定是否是管道末端，并定位出峰值信号消失点，一般此点距离末端0.5-1.0m；然后换用垂直线圈垂直磁场接收方法（谷值法）继续向前探测谷值信号，定位出谷值信号消失点。谷值信号消失点再向前延长0.2-0.5m应为管道末端点。下载本文